气体燃料的优势及成分分析

机械工厂工业炉使用的气体燃料主要为各种煤气，包括：发生炉煤气、城市煤气、焦炉煤气、天然气和富氧煤气，少数情况下也有使用液化石油气、液化天然气和混合煤气的。各种煤气的一般组成见表2-14。

表2-14 各种煤气的一般组成

注：C_mH_n泛指C₂H₄、C₂H₆、C₄H₁₀等。

气体燃料燃烧完全且易于控制，容易实现烧嘴的空气、燃料自动比例调节，还可以对燃料和空气进行高温预热，从而能提高燃烧效能和有效地节约燃料。使用气体燃料可以实现辐射加热、高速气流均匀加热、冲击加热、辐射管加热和少无氧化加热等各种加热工艺要求，是工业炉理想的燃料。

1.天然气

我国天然气的主要成分是CH₄，表2-15列出的是四川卧龙河气田天然气的全分析数据。

表2-15 四川卧龙河气田天然气全分析数据

我国某些油气田天然气典型成分见表2-16。

表2-16 我国某些油气田的天然气典型成分 （体积分数）（%）

2.焦炉煤气

焦炉煤气的可燃成分多，属于高热值煤气，其低位发热量范围为15000～17000kJ/m³。焦炉煤气可直接作为炉用燃料，也可与发生炉煤气和高炉煤气调混成低位发热量范围为6270～10450kJ/m²的混合煤气。焦炉煤气需净化使用，根据我国城市煤气设计规范规定：其H₂S的体积分数应小于20mg/m³。

焦炉煤气含有较多的碳氢化合物，具有易燃、易爆性，爆炸极限的下限是4.2%，上限是37.59%，密度ρ=0.45～0.55kg/m³。

3.发生炉煤气

利用煤气发生炉使固体燃料转化生成的气体燃料称发生炉煤气。按气化剂类别的不同，发生炉煤气的分类见表2-17。

表2-17 发生炉煤气分类

空气发生炉煤气的发热量偏低，而且还由于发生炉炉温较高易使灰渣熔结，故在工业炉上很少使用。

水煤气有较高的发热量，但因发生炉热效率低，煤气成本高和设备复杂而不能广泛使用，在有特殊要求的化学工业中才予以采用。

富氧煤气具有发生炉产气量大、可以气化劣质煤而使煤气发热量提高的优点，但由于氧价格贵而使煤气成本提高，也不能广泛使用。

在机械工厂中普遍使用的是混合发生炉煤气，经过清洗净化的称清洗发生炉煤气（冷煤气），经粗除尘而未经清洗净化的称热发生炉煤气。表2-18为混合发生炉煤气的组成。

表2-18 混合发生炉煤气组成

热发生炉煤气可以充分利用煤气本身的物理热，煤气出口温度500～600℃，出口压力350～500Pa，煤气价格低，燃烧后的火焰辐射能力较强，但煤气含尘物多，因易堵塞管道而使煤气的输送距离受到限制。其只适于在投资费用受到限制，且对燃烧过程及炉温控制要求不高的炉子上使用。(www.xing528.com)

4.液化石油气

常温下对天然石油气或石油炼制过程中产生的石油气施加以压力，使其以液体状态存在时称为液化石油气，其气液共存压力为0.8～1.6MPa。液化石油气的主要成分是丙烷（C₃H₈）、丙烯（C₃H₆）、丁烷（C₄H₁₀）、丁烯（C₄H₈）及其异构体，同时含有少量（体积分数<2%）戊烷（C₅H₁₂）和微量（体积分数<0.02%）硫化物。一些厂的液化石油气成分见表2-19。

表2-19 一些厂的液化石油气成分（体积分数）（%）

（续）

液化石油气的主要性质：

（1）密度　液化石油气的密度随成分不同而异，一般为2～2.5kg/m³，平均密度2.12kg/m³。

（2）蒸发热　液化石油气气化时的蒸发热为418.7kJ/kg。

（3）发热量　液化石油气的低位发热量一般为90～95MJ/m³。

（4）燃烧特性

1）理论燃烧温度t_B≈2100℃。

2）理论空气消耗量L₀≈27.4m³/m³。

3）1kg液化石油气约生成0.5m³气体。

4）着火（爆炸）极限：上限8%～12%；下限1.8%～2.4%。

（5）燃烧速度　液化石油气的燃烧速度较低，大约为城市煤气的1/2，这说明不易发生回火，使用上较完全。

（6）压力　常温（37.8℃）时，气液共存压力为0.88～1.47MPa。

5.混合煤气

混合煤气由几种煤气调混而成，目的是将不宜单独使用的某一低热值（或高热值）煤气与另一高热值（或低热值）煤气调混后以获得发热量适宜的煤气。如冶金厂的高炉煤气与焦炉煤气的混合煤气，各地的城市煤气也属于混合煤气的一种。

表2-20为各地城市煤气的分析数据，表2-21为混合煤气的部分热工参数。

表2-20 各地城市煤气分析数据

表2-21 混合煤气部分热工参数